[논문]고속 볼엔드밀링에서 가공조건에 따른 초내열합금 (Inconel 718)의 가공특성 평가

권해웅; 김정석; 강익수; 김기태

고속 볼엔드밀링에서 가공조건에 따른 초내열합금 (Inconel 718)의 가공특성 평가
Machining Characteristics Evaluation of Super Heat-resistant Alloy(Inconel 718) According to Cutting Conditions in High Speed Ball End-milling 원문보기

한국공작기계학회지 = Journal of the Korean society of machine tool engineers, v.19 no.1, 2010년, pp.1 - 6

권해웅 (부산대학교 대학원 기계공학부) , 김정석 (부산대학교 기계공학부, 정밀정형 및 금형가공 연구소) , 강익수 (부산대학교 기계공학부) , 김기태 (화천기공(주))

Abstract ▼ AI-Helper

Inconel 718 alloy has been applied to high temperature, high load and corrosion resistant environments due to its superior properties. However, This alloy is a difficult-to-cut nickel-based superalloy and the chipping or notch wear is mainly generated on the cutting edge of the tool. In this study, the machinability of Inconel 718 is investigated to improve tool life under various cutting conditions with TiCN-based coated ball-end mills. The cutting conditions can be suggested to improve both the tool life and machined surface quality in Inconel 718 high speed machining.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 실험에서는 스핀들 회전수, 반경절입, 날당이송의 조건이 가공성에 미치는 영향을 파악하였다. Fig.
본 연구는 화천기공(주)의 난삭재 가공성 평가에 관한 과제 지원으로 수행되었으며 이에 감사드린다.
절삭조건에서 공구마멸. 절삭력 그리고 표면거칠기 등의 특성을 실험적으로 얻어 그 특성을 상호비교 평가하고자 한다.

제안 방법

20, 000rpm 급, 3축 고속 머시 닝 센터(Makino V55)를 사용하고 수용성절삭유를 충분히 분사해주는 습식조건에서 모든 실험을 수행하였다. 그리고 절삭거리가 가장 긴 조건에서 오일 미스트와 건식으로 실험하여 비교하였다. 일정 거리 가공후 공구마멸의 진행을 관찰하기 위해 CCD 카메라(JALCVS3200)를이용하여 공구의 런아웃과 측정오차를 줄이고자 머시닝 센터 내부에 고정하여 측정하였다.
가공시 발생된 칩에 의한 재절삭이 되지 않게 하기 위해 공구와 공작물간에 경사각을 주어 유효 칩배출 공간을 넓게 하는 것이 필요하게 된다. 따라서 본 실험에서는 Fig. 3과 같이 공작물을 45°경사각을 주어 실험하였으며 공구경로는 경사면의 경사각을 따라 증가시키고 이송방향은 수평방향이 되는 수평상방향으로 설정하여 하향절삭이 되게 하였다.(4)
7은 냉각 방법에 따른 가공길이를 나타내었다. 모든 가공의 조건은 습식에서 가공길이가 가장 길게 나타난 6, 000ipm 조건과 반경절입량 0.1mm와 날당이송량 0.2mm의 조건에서 수행하였다. 그 결과, 오일미스트를 사용하여 가공했을 때 다른 습식이나 건식보다 가공길이가 긴 것을 알 수 있다.
모든 실험의 가공환경은 수용성 절삭유(극동유화 New Cool S 1A, KS W1 종)를 머시닝센터의 절삭유 분사 노즐을 이용하여 절삭점에 분사하였다. 스핀들 회전수 6, 000rpm에서 10, 000tpm까지 회전수별로 각기 다른 3가지의 조건에서 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 볼엔드밀을 이용하여 초내열합금 Inconel718 의 밀링가공에서 절삭속S, 절삭깊이 그리고 이송량을 변화시킨 절삭조건에서 공구마멸. 절삭력 그리고 표면거칠기 등의 특성을 실험적으로 얻어 그 특성을 상호비교 평가하고자 한다.
수용성 절삭유를 사용한 습식조건과 오일과 공기를 혼합한 오일 미스트, 그리고 냉각 장치를 사용하지 않은 건식가공을 수행하여 냉각 방법에 따른 공구의 수명을 비교하였다.
절삭점에 분사하였다. 스핀들 회전수 6, 000rpm에서 10, 000tpm까지 회전수별로 각기 다른 3가지의 조건에서 실험을 수행하였다. Table 2에는 실험번호별 가공 조건을 나타내었다.
그리고 절삭거리가 가장 긴 조건에서 오일 미스트와 건식으로 실험하여 비교하였다. 일정 거리 가공후 공구마멸의 진행을 관찰하기 위해 CCD 카메라(JALCVS3200)를이용하여 공구의 런아웃과 측정오차를 줄이고자 머시닝 센터 내부에 고정하여 측정하였다. Fig.
절삭력을 측정하기 위하여 공작물과 같은 형상의 가공 시편을 가공하여 공구동력계(Kistler 9257B)위에 설치후 절삭 시 발생되는 3분력을 동시에 측정하여 앰프를 이용하여 증폭시킨 후 A/D변환 처리하였다.
표면거칠기의 측정을 위해 가공한 시편을 표면거칠기 측정기(Taylor Hopson- Surtronic 3+)를 이용하여 측정거리2.5mm로 표면거칠기를 측정하였다.

대상 데이터

1에 나타내었다. 20, 000rpm 급, 3축 고속 머시 닝 센터(Makino V55)를 사용하고 수용성절삭유를 충분히 분사해주는 습식조건에서 모든 실험을 수행하였다. 그리고 절삭거리가 가장 긴 조건에서 오일 미스트와 건식으로 실험하여 비교하였다.
실험에 사용된 볼엔드밀(Union tool, C-CEB)은 TiCN 계열의 코팅을 적용한 엔드밀로서 직경 8mm, 2날, 30°의헬릭스 각을 가지고 있다. 공구날 길이 14mm, 공구 총길이 90mm 이며 실험시 공구 돌출량은 21mm로 하였다.
2mm(A-B)에 도달되었을 때 공구교환시기로 결정하였다. 실험에 사용된 볼엔드밀(Union tool, C-CEB)은 TiCN 계열의 코팅을 적용한 엔드밀로서 직경 8mm, 2날, 30°의헬릭스 각을 가지고 있다. 공구날 길이 14mm, 공구 총길이 90mm 이며 실험시 공구 돌출량은 21mm로 하였다.

데이터처리

6에서 보이는 바와 같이 절삭력 측면에서 설명될 수 있다. 본 실험에서 절삭력은 3분력중 가장 영향이 큰 주분력의 크기만을 나타냈으며, 3회 측정하여 평균값을 적용하였다. 모든 조건에서 날당이송량이 0.

성능/효과

(1) 동일한 소재 제거율(MRR)조건에서 절삭력에 크게 민감한 반경절입량의 증가보다 상대적으로 덜 민감한 날당이송량을 증가하여 가공하는 것이 공구수명 측면에서 유리하다.
(2) 가공면의 평균적인 표면거칠기는 10, 000rpm의 조건에서 가공했을 때 가장 양호한 것으로 나타났다.
(3) 절삭유를 사용한 습식가공보다 오일미스트를 사용한 가공 환경에서 공구에 전달 되는 열적 충격이 감소하여 공구 수명이 증가하였다.
2mm의 조건에서 수행하였다. 그 결과, 오일미스트를 사용하여 가공했을 때 다른 습식이나 건식보다 가공길이가 긴 것을 알 수 있다. 이 것은 볼엔드밀 가공에서 절삭시의 가열과 비 절삭시의 냉각을 주기적으로 반복하는 단속절삭의 형태에서, 수용성 절삭유를 이용한 습식 가공에서 절삭유의 냉각작용으로 인해 공구가 심한 열적 피로를 받게 되므로 공구수명이 건식에 비해 감소함을 알 수 있다.
Inconel718가공후의 표면거칠기의 값들은 공구마멸이나 가공조건들에 의한 특별한 경향은 나타나지 않았다. 그러나 전체적 인표면거칠기의 평균값들은 절삭력이 높게 나온 8, 000rpm일 때보다 절삭력이 작은 10, 000rpm에서 평균적인 표면 거칠기의 값이 작은 것으로 나타났다. 일반적으로 절삭속도가 증가하고 이송속도가 감소할수록 표면거칠기는 양호해지는 결과가 나타난다3J3) 본 실험에서도 같은 경향을 확인할 수 있으나 비교적 고속인 10, 000rpm에서는 공구의 수명이 낮아지는 것을 알 수 있다.
4에 공구마멸의 사진을 나타내었다. 반경절입량이 0.2mm인 사진에서는 다른 조건에 비해 마멸폭이 넓게 형성된 것을 볼 수 있으며 절삭속도가 낮은 6, 000rpm에서는 비교적 안정된 여유 면의 플랭크마멸이 관찰되지만, 절삭속도가 높아지고 절 입량이커질수록 치핑과 같은 이상마멸이 나타남을 알 수 있다. 그리고 절삭길이에 따른 공구마멸의 경향을 Fig.
본 실험에서도 오일 미스트 조건에서 공구마멸의 경향이 다른 건식이나 습식조건에 비하여 안정적인 마멸 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 이는 다른 조건에 비해 공구에 전달되는 열적 충격이 작게 작용하여 공구의 수명이 길게 나타나는 것으로 사료된다.

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